CN107552725A - 一种stmma大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法。包括珠粒的选择、预发泡、干燥熟化、模压成型、冷却、脱模和板材干燥等工艺步骤，本发明能够解决球铁件铸造后表面的碳黑等缺陷，并且能有效降低发气量避免浇注发生反喷，防止所制作生产出来的STMMA消失模模样变形，提高珠粒之间的粘结强度，保证珠粒的充分融合，提高铸件的结构强度，并达到节约原材料，降低成本、环保的效果，并使得铸件的成品率大大提高；铸件的综合生产成本得到更进一步的降低。

Description

一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法，尤其适用于球墨铸铁用STMMA消失模模样的制备。

背景技术

消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。与传统的铸造技术相比，消失模铸造由于采用在高温下极易气化的泡沫材料（EPS、EPMMA和STMMA以及STMMA-FD）作模样，无需砂芯、无黏结的干砂、不合箱、不取模，且落砂容易，使得到的铸件的表面光洁度高、尺寸形状精确、无飞边毛刺，大大提高了铸件的工艺出品率和生产效率，是一种近无余量的液态金属精确成型的技术。被认为是“二十一世纪的新型铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”。

在消失模铸造生产工艺中，选择合适的铸造模样直接影响所生产铸件的质量好坏。由于EPS价格便宜、发气量低、易成形等优点，因此，大多数铸造工厂采用的模样材料一般都是EPS来生产球墨铸铁件，但是这种材料由于含碳量比较高（达到92%），且分子式中含有富碳的苯环结构，其热力学比较稳定，因此不易热分解，在温度高于900℃以上，EPS受热分解生成焦油状粘稠液体，进一步分解成碳和氢，是一种以无序断裂的方式进行裂解，在故在生产球墨铸铁时容易在铸件上产生碳黑，铸件易夹渣等缺陷，使铸件质量下降甚至报废。

而EPMMA是一种直链结构的高分子，受热分解时以迅速拉开的方式进行裂解，采用EPMMA模样对解决球墨铸铁件表面的碳黑等缺陷非常有效，但是EPMMA的发气量约是EPS的1.5倍，在浇注时容易造成反喷。

因此为了解决球铁件表面的碳黑等缺陷，降低发气量避免浇注发生反喷，防止所制作生产出来的STMMA消失模模样变形，提高珠粒之间的粘结强度，保证珠粒的充分融合，本发明提出了一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模及其制备方法，能够解决球铁件铸造后表面的碳黑等缺陷，并且能有效降低发气量避免浇注发生反喷，防止所制作生产出来的STMMA消失模模样变形，提高珠粒之间的粘结强度，保证珠粒的充分融合，提高铸件的结构强度，从而有效解决本上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，包括以下步骤：

（1）珠粒的选择：选择粒径介于0.7mm～0.90mm之间较大尺寸的STMMA作为模样原始珠粒；

（2）预发泡：向间歇式预发泡机中加入上述STMMA珠粒进行预发泡，发料炉压力为0.013-0.018Mpa；主蒸汽压力为0.66-0.72Mpa，蒸汽调节压力为0.030-0.040Mpa，蒸汽经储气罐进入预发泡机内，以加速蒸汽预发泡时间，经预发泡室搅拌器连续搅拌，使待发泡的STMMA原始珠粒处于液态或粘度达到塑性状态方可发泡，预发泡时间为每28kg的STMMA珠粒需预发泡150～165s；

（3）干燥熟化：将预发泡后的STMMA珠粒放在常温下进行熟化，熟化时间为45-50h，通过自然熟化使空气渗透到STMMA珠粒内部以平衡其内外压力并使得STMMA珠粒稳定；

（4）模压成型：在压模闭合过程先关闭进气阀门，开启出气口，将加料阀打开，将经干燥熟化后的STMMA珠粒通过鼓风机送进成型机中，待模腔中充满STMMA预发珠粒后合模，然后向型腔通入0.010-0.020Mpa的压力的蒸汽，将模具预热到100-110℃之间，赶走粒料间的空气和残留的冷凝水，之后预压真空，预真空压力为-0.25～-0.30Mpa，关闭出气口，同时向模壁内冷却水管道充水，加热蒸汽迅速冷凝，模腔压力迅速下降，使模腔中加热软化的STMMA弹性粒料迅速膨胀充满模腔，为使熟化的STMMA预发珠粒不断成型进行蒸汽加热，其包括三次水蒸汽加热，分别为穿透Ⅰ、穿透Ⅱ和穿透Ⅲ，穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；

（5）冷却：对模压成型后的STMMA模样进行冷却，先进行风冷，风冷时间为80-99秒直至模样温度降至74～79℃之间时，开始进行真空冷却，直至模样的膨胀力达到90KPa时停止真空冷却，真空冷却时间介于1400-1900s之间；

（6）脱模：将模腔压力降至0 Mpa，开模，由压缩气和顶杆顶出模样板材；

（7）板材干燥：将脱模后的STMMA模样板材送进烘房里进行烘干，烘干时间为12h，烘房温度介于45-50℃之间，烘干结束后移出烘干房至库房，进行户外风干即可制得所要制备的STMMA消失模模样，所制得的大尺寸消失模模样尺寸为长度介于2000mm-10000mm之间，宽度不小于1200mm，厚度不小于200mm。

优选的，步骤（2）中所述间歇式预发泡机为SPJ1500全自动间歇式加压定量预发泡机。

优选的，步骤（2）预发泡过程及步骤（4）模压成型过程中所通入水蒸汽温度均大于105℃。

优选的，步骤（2）预发泡过程及步骤（4）模压成型过程中所通入水蒸汽温度均介于105～110℃之间。

优选的，步骤（3）干燥熟化时间为48h。

优选的，步骤（4）模压成型中所述穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热。

优选的，步骤（4）模压成型阶段中在进行穿透Ⅲ的加热后还需进行主加热，所述主加热是给板材的全部面进行加热[主加热的压力、时间及温度提供下]，所述主加热的压力及时间为0.8Mpa，2s。

优选的，步骤（4）模压成型阶段中在进行穿透Ⅲ或主加热后还进行10-15s的保温处理。

优选的，步骤（5）冷却过程中风冷时间为90s，真空冷却时间为1400s。

一种STMMA消失模模样，是由上述STMMA消失模模样的制备方法所制得。

本发明的有益效果在于，

（1）本发明所述制备的消失模模样能够有效解决铸件表面碳黑、铸件易夹渣的缺陷，具体如下：

A：STMMA含碳量为69.6%，而EPS的含碳量为92%，相对于EPS，FD，STMMA的碳元素的比例大大下降，进而降低了铸件的碳缺陷、表面增碳缺陷和烟碳现象的发生率；

B：EPS的分子结构中主要是由含苯环的链节组成，由于苯环比较稳定，受热不易分解，是一种无序的断裂方式分解，并产生大量的液体。而STMMA（ST—苯乙烯，MMA—甲基丙烯酸甲酯）是EPS和EPMMA两者的结合体，STMMA分子结构主要是由丙烯酸酯基链节，受热分解以拉链式断裂的方式进行分解，且分子式中含有两个氧原子与碳反应生成气体，即在浇注温度下一般与碳反应生成CO，进一步减少碳的来源；

C：STMMA分子式中C/H较小，且含有氧原子，在加热燃烧过程中，氧原子与碳反应，生成气体，因此残留物较少。

（2）本发明所述制备的消失模模样能够有效降低发气量避免浇注发生反喷的现象发生，具体如下：

A：从STMMA珠粒预发泡后的剖面图可以看出其表面比EPS具有较多的微孔，在高温下易分解；

B：STMMA的热力学稳定性比EPS较差，在高温下气化更完全。

（3）本发明所述制备的消失模模样能够有效提高珠粒之间的粘结强度，保证珠粒的充分融合，具体如下：

本发明在模压成型阶段，同样与现有技术相同的进行三次穿透蒸汽加热，不同在于，针对大尺寸板料成型特点，对三次水蒸汽加热的压力、时间进行改变调整，即：穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；采用三次水蒸气加热的时间相对较长，原因在于是为了增加最高温度的停留时间，加热时间对于大尺寸板材成型阶段而言，由于板材内部空间大，颗粒分布相对不均匀，发泡，熔接，成型难度大，所以增加加热时间可以提高熔接性，从而提高板材的机械性能。防止造成熔接不充分、发泡不均匀等现象。并且蒸汽气压逐渐增大，随着蒸汽气压的提高，产品的导热系数上升，吸水性下降。由于泡孔中固体组分密度分布逐渐集中于泡孔交界处，使泡孔孔壁增厚，对热传导起增进作用所致；随着蒸气压力增大，使泡孔结构互相粘结更为紧密、更加规整，并能够提高铸件的表面光洁率。避免因蒸汽压力过大导致珠粒变形，从而导致所生产出来的STMMA板材变形。同样也避免了因蒸汽压力过低，板材内部温度只能达到105℃以下，在此温度下不能使STMMA板材充分地熔合，即使表面已经熔结，但珠粒与珠粒之间的粘结性较差，其内部仍有部分珠粒没有完全熔合，使得所生产出来的STMMA板材粘结性较差，结构强度较低。

因此，在制作STMMA板材时，只有充足和适宜的蒸汽压力，板材内部的温度才能达到玻璃化温度（105℃）以上，使其再度膨胀和熔融粘结成一体，经冷却定型成为一定形状的泡沫制品。其中穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热，而主加热是给板材的全部面进行加热，而通过10-15s的保温时间使板材的外型更好看，通过以上步骤，使STMMA珠粒不断成型，制作出来的STMMA模样的收缩率小，使得最终制备的模样收缩率在0.1～0.2%，尺寸稳定性好。

（4）本发明中所采用的STMMA珠粒是通过在苯乙烯的合成中加入少量甲基丙烯酸甲脂，分子式为[C8H8]m-[C5H8O2]n，是一种改性的可发性共聚树脂珠粒，其分子量较高，分子量增加，分子间的作用力也增加了，分子间不易滑动，从而使模样的强度和刚度得到提高；

STMMA珠粒变化的大小取决于加热蒸汽的温度和加热的时间，密度较轻的逐渐不断上浮直达出料口，预发泡STMMA弹性粒料的密度可通过每次投放原料的数量、蒸汽的加热时间、STMMA珠粒在发泡机内到达的高度、蒸汽压力和蒸汽的供应量来调节，完成28kg的STMMA珠粒的预发泡需要的时间为150～160s。通过调节加热温度等条件，使预发泡出来的珠粒大小均匀，破粒少，得到所需要的密度17-18kg/m³，STMMA模样的压缩强度在0.00342～0.01210Mpa。

（5）我们知道用EPS模样主要缺点是容易引起铸铁件表面产生光亮碳缺陷和使铸钢件表面增碳，而采用EPMMA模样对解决增碳、皱皮、黑渣等缺陷非常有效。但是，EPMMA的发气量大，约是EPS的1.5倍。性能要求较高的球铁件对卷入的碳黑夹渣比较敏感，可能会引起铸件产生裂纹。而本发明采用的STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，其共聚物兼有前两者的优点，且组成中主要是丙烯酸酯基链节，在高温下是拉链式分解，易生成低分子液体和气体通过涂层和砂箱被抽出，且组成中含有两个氧原子要带走两个碳，进一步减少了碳的来源，因此，特别适用于球墨铸铁件的消失模铸造用。

（6）本发明所制备的STMMA模样板材在维持必要的力学性能和粘结性的基础上，进一步降低模具密度，从而今进一步降低单位含碳量，以减少最后碳残留。也同时达到了节约原材料，降低成本并且更加环保的效果。并且能够有效提高铸件的表面光洁率；并使得铸件的成品率大大提高（高于93%）；从而铸件的综合生产成本得到更进一步的降低。

（7）本发明所制备出的STMMA消失模板材模样分解残留物很少，珠粒均匀，模样一致性好，不易形成缺陷/碳附着少。模样收缩率在0.1～0.2%。并从图8-17可见，通过对球墨铸铁件进行机加工，对铸铁件表面的渣孔部位进行标记和跟踪，发现随着加工深度的增加，渣孔逐层减少，大多数部位5mm左右无渣孔，少数厚壁处8~9mm左右无渣孔，而现有技术中针对球墨铸铁消失模模样制备出的球墨铸铁件，其在加工深度为16~17mm时仍有渣孔碳黑残渣的存在；同时，采用本专利申请所制备出的铸件于加工深度底面的残渣缺陷在分布局域和严重程度上都大幅度减少，采用本发明所制备的消失模所加工制作而成的成品的合格率获得了极大程度的提高。从而为大尺寸STMMA消失模实型铸造板材的制备做了坚实的质量保证，所制得的大尺寸消失模模样尺寸为长度介于2000mm-10000mm之间，宽度不小于1200mm，厚度不小于200mm，在保证大尺寸板材质量的同时，还能提高成平率，并且能够降低板材成型后的磨削余量，极大的降低了生产周期，提高生产效率，降低浪费，降低成本，适合大规模推广使用。

附图说明

图1为本发明所采用的珠粒STMMA分子结构图；

图2为本发明中EPS颗粒预发泡后珠粒的大小及表面形态图

（×30）；

图3为本发明中STMMA颗粒预发泡后珠粒的大小及表面形态图

（×30）；

图4为本发明所制备的STMMA大尺寸实型铸造板材消失模和EPS消失模的拉伸强度对比柱状图；

图5为本发明所制备的STMMA大尺寸实型铸造板材消失模和EPS消失模的弹性模量对比柱状图；

图6为本发明所制备的STMMA大尺寸实型铸造板材消失模和EPS消失模的压缩强度对比柱状图；

图7为本发明所制备的STMMA大尺寸实型铸造板材消失模和EPS消失模的抗弯强度对比柱状图；

图8 STMMA消失模球铁铸件底面各处的加工样本剖面质量缺陷参考图；

图9 STMMA消失模球铁铸件底面在a处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图10 STMMA消失模球铁铸件底面在b处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图11 STMMA消失模球铁铸件底面在c处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图12 STMMA消失模球铁铸件底面在d处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图13 STMMA消失模球铁铸件底面在e处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图14 STMMA消失模球铁铸件底面在f处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图15 STMMA消失模球铁铸件底面在g处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图16 STMMA消失模球铁铸件底面在h处加工样本剖面质量缺陷参考图表；

图17 STMMA消失模球铁铸件底面在i处加工样本剖面质量缺陷参考图表。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合阶梯式浇注系统的具体实施方式，进一步阐述本发明。且该控制方法同样可应用于其它各类不同浇注系统中。

STMMA（ST—苯乙烯，MMA—甲基丙烯酸甲酯）是将EPS和MMA按照一定比例配合而合成的可发性共聚树脂珠粒，用于消失模铸造的模样材料，其组成中主要是丙烯酸酯基链节，受热分解以拉链式断裂的方式进行分解，且分子式中含有氧原子与碳反应生成气体，进一步减少碳的来源。

实施例1

一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，包括以下步骤：

（1）珠粒的选择：选择粒径介于0.7mm～0.90mm之间较大尺寸的STMMA作为模样原始珠粒；

（2）预发泡：向SPJ1500全自动间歇式加压定量预发泡机中加入上述STMMA珠粒进行预发泡，发料炉压力为0.013-0.018Mpa；主蒸汽压力为0.66-0.72Mpa，蒸汽调节压力为0.030-0.040Mpa，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，STMMA的预发泡温度为105℃，因为STMMA的玻璃化转变温度为100-105℃，预发泡温度只有达到105℃及以上才能够使STMMA完成预发泡。蒸汽经储气罐进入预发泡机内，以加速蒸汽预发泡时间，经预发泡室搅拌器连续搅拌，使待发泡的STMMA原始珠粒处于液态或粘度达到塑性状态方可发泡，预发泡时间为每28kg的STMMA珠粒需预发泡150～165s；

（3）干燥熟化：将预发泡后的STMMA珠粒放在常温下进行熟化，熟化时间为48h，通过自然熟化使空气渗透到STMMA珠粒内部以平衡其内外压力并使得STMMA珠粒稳定；

（4）模压成型：在压模闭合过程先关闭进气阀门，开启出气口，将加料阀打开，将经干燥熟化后的STMMA珠粒通过鼓风机送进成型机中，待模腔中充满STMMA预发珠粒后合模，然后向型腔通入0.010-0.020Mpa的压力的蒸汽，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，将模具预热到100-110℃之间，赶走粒料间的空气和残留的冷凝水，之后预压真空，预真空压力为-0.25～-0.30Mpa，关闭出气口，同时向模壁内冷却水管道充水，加热蒸汽迅速冷凝，模腔压力迅速下降，使模腔中加热软化的STMMA弹性粒料迅速膨胀充满模腔，为使熟化的STMMA预发珠粒不断成型进行蒸汽加热，其包括三次水蒸汽加热，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，并分别为穿透Ⅰ、穿透Ⅱ和穿透Ⅲ，穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；所述穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热；

（5）冷却：对模压成型后的STMMA模样进行冷却，先进行风冷，风冷时间为90秒直至模样温度降至74～79℃之间时，开始进行真空冷却，直至模样的膨胀力达到90KPa时停止真空冷却，真空冷却时间介于1400s之间；

（6）脱模：将模腔压力降至0 Mpa，开模，由压缩气和顶杆顶出模样板材；

（7）板材干燥：将脱模后的STMMA模样板材送进烘房里进行烘干，烘干时间为12h，烘房温度介于45-50℃之间，烘干结束后移出烘干房至库房，进行户外风干即可制得所要制备的STMMA消失模模样。

实施例2

一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，包括以下步骤：

（1）珠粒的选择：选择粒径介于0.7mm～0.90mm之间较大尺寸的STMMA作为模样原始珠粒；

（2）预发泡：向SPJ1500全自动间歇式加压定量预发泡机中加入上述STMMA珠粒进行预发泡，发料炉压力为0.013-0.018Mpa；主蒸汽压力为0.66-0.72Mpa，蒸汽调节压力为0.030-0.040Mpa，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间。蒸汽经储气罐进入预发泡机内，以加速蒸汽预发泡时间，经预发泡室搅拌器连续搅拌，使待发泡的STMMA原始珠粒处于液态或粘度达到塑性状态方可发泡，预发泡时间为每28kg的STMMA珠粒需预发泡150～165s；

（3）干燥熟化：将预发泡后的STMMA珠粒放在常温下进行熟化，熟化时间为45h，通过自然熟化使空气渗透到STMMA珠粒内部以平衡其内外压力并使得STMMA珠粒稳定；

（4）模压成型：在压模闭合过程先关闭进气阀门，开启出气口，将加料阀打开，将经干燥熟化后的STMMA珠粒通过鼓风机送进成型机中，待模腔中充满STMMA预发珠粒后合模，然后向型腔通入0.010-0.020Mpa的压力的蒸汽，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，将模具预热到100-110℃之间，赶走粒料间的空气和残留的冷凝水，之后预压真空，预真空压力为-0.25～-0.30Mpa，关闭出气口，同时向模壁内冷却水管道充水，加热蒸汽迅速冷凝，模腔压力迅速下降，使模腔中加热软化的STMMA弹性粒料迅速膨胀充满模腔，为使熟化的STMMA预发珠粒不断成型进行蒸汽加热，其包括三次水蒸汽加热，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，并分别为穿透Ⅰ、穿透Ⅱ和穿透Ⅲ，穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；所述穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热；在进行穿透Ⅲ的加热后还进行主加热，所述主加热是给板材的全部面进行加热，所述主加热的压力及时间为0.8Mpa，。

（5）冷却：对模压成型后的STMMA模样进行冷却，先进行风冷，风冷时间为80秒直至模样温度降至74～79℃之间时，开始进行真空冷却，直至模样的膨胀力达到90KPa时停止真空冷却，真空冷却时间介于1450s之间；

（6）脱模：将模腔压力降至0 Mpa，开模，由压缩气和顶杆顶出模样板材；

（7）板材干燥：将脱模后的STMMA模样板材送进烘房里进行烘干，烘干时间为12h，烘房温度介于45-50℃之间，烘干结束后移出烘干房至库房，进行户外风干即可制得所要制备的STMMA消失模模样。

实施例3

一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，包括以下步骤：

（1）珠粒的选择：选择粒径介于0.7mm～0.90mm之间较大尺寸的STMMA作为模样原始珠粒；

（2）预发泡：向SPJ1500全自动间歇式加压定量预发泡机中加入上述STMMA珠粒进行预发泡，发料炉压力为0.013-0.018Mpa；主蒸汽压力为0.66-0.72Mpa，蒸汽调节压力为0.030-0.040Mpa，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间。蒸汽经储气罐进入预发泡机内，以加速蒸汽预发泡时间，经预发泡室搅拌器连续搅拌，使待发泡的STMMA原始珠粒处于液态或粘度达到塑性状态方可发泡，预发泡时间为每28kg的STMMA珠粒需预发泡150～165s；从EPS颗粒和STMMA颗粒预发泡后的剖面图，即图2和图3可以看出STMMA颗粒的剖面与STMMA颗粒的剖面相比，多一些小孔，在高温下燃烧气化更快，更完全。

（3）干燥熟化：将预发泡后的STMMA珠粒放在常温下进行熟化，熟化时间为50h，通过自然熟化使空气渗透到STMMA珠粒内部以平衡其内外压力并使得STMMA珠粒稳定；预发泡之后的珠粒呈内部减压状态，且珠粒表面有一层水膜，所以在模样成型前，需要进行干燥和熟化，使得珠粒变得有弹性。

（4）模压成型：在压模闭合过程先关闭进气阀门，开启出气口，将加料阀打开，将经干燥熟化后的STMMA珠粒通过鼓风机送进成型机中，待模腔中充满STMMA预发珠粒后合模，然后向型腔通入0.010-0.020Mpa的压力的蒸汽，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，将模具预热到100-110℃之间，赶走粒料间的空气和残留的冷凝水，之后预压真空，预真空压力为-0.25～-0.30Mpa，关闭出气口，同时向模壁内冷却水管道充水，加热蒸汽迅速冷凝，模腔压力迅速下降，使模腔中加热软化的STMMA弹性粒料迅速膨胀充满模腔，为使熟化的STMMA预发珠粒不断成型进行蒸汽加热，其包括三次水蒸汽加热，所通入水蒸汽温度介于105～110℃之间，并分别为穿透Ⅰ、穿透Ⅱ和穿透Ⅲ，穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；所述穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热；在进行穿透Ⅲ的加热后还进行主加热，所述主加热是给板材的全部面进行加热，所述主加热的压力及时间为0.8Mpa，；主加热后还进行10-15s的保温处理，使板材的外型更好看。在模压成型阶段进行三次穿透蒸汽加热，并且蒸汽气压逐渐增大，随着蒸汽气压的提高，产品的导热系数上升，吸水性下降。由于泡孔中固体组分密度分布逐渐集中于泡孔交界处，使泡孔孔壁增厚，对热传导起增进作用所致；随着蒸气压力增大，使泡孔结构互相粘结更为紧密、更加规整，并能够提高铸件的表面光洁率。避免因蒸汽压力过大导致珠粒变形，从而导致所生产出来的STMMA板材变形。同样也避免了因蒸汽压力过低，板材内部温度只能达到105℃以下，在此温度下不能使STMMA板材充分地熔合，即使表面已经熔结，但珠粒与珠粒之间的粘结性较差，其内部仍有部分珠粒没有完全熔合，使得所生产出来的STMMA板材粘结性较差，结构强度较低。

因此，在制作STMMA板材时，只有充足和适宜的蒸汽压力，板材内部的温度才能达到玻璃化温度（105℃）以上，使其再度膨胀和熔融粘结成一体，经冷却定型成为一定形状的泡沫制品。其中穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热，而主加热是给板材的全部面进行加热，而通过10-15s的保温时间使板材的外型更好看，通过以上步骤，使STMMA珠粒不断成型，制作出来的STMMA模样的收缩率小，尺寸稳定性好。

（5）冷却：对模压成型后的STMMA模样进行冷却，先进行风冷，风冷时间为99秒直至模样温度降至74～79℃之间时，开始进行真空冷却，直至模样的膨胀力达到90KPa时停止真空冷却，真空冷却时间介于1900s之间；冷却要均匀充分，白模本身导热不良，会出现表层冷却，芯内温度很高的情况。这时表层已经固化定型，内部热量外传会使表面升温，加上内部膨胀力，导致白模变形或破坏。因此STMMA需要冷却时间较长，特别是对于壁厚较大的模样，有时要采用多次冷却以控制可能的三次发泡。

（6）脱模：将模腔压力降至0 Mpa，开模，由压缩气和顶杆顶出模样板材；防止因刚成型的白模冷却后内部处于减压状态，比较软，因此脱模方式要注意，防止变形。

（7）板材干燥：将脱模后的STMMA模样板材送进烘房里进行烘干，烘干时间为12h，烘房温度介于45-50℃之间，烘干结束后移出烘干房至库房，进行户外风干即可制得所要制备的STMMA消失模模样。刚脱模的白模中含有较多水分，需要干燥，使白模中的水分降到1%以下，一般先自然干燥再使用烘房干燥，避免温度太高而导致干燥速度太快容易变形的现象发生。所制得的大尺寸消失模模样尺寸为长度为6020mm，宽度为1230mm，厚度为63mm。

从图4可以看出，密度为18kg/m³的STMMA板材的拉伸强度较高，达到了0.4559Mpa，而EPS板材的拉伸强度只能达到0.3846Mpa。从图5可以看出，密度为16kg/m³的EPS板材的弹性模量达到0.3905Mpa。密度为18kg/m³的STMMA板材弹性模量也较高，达到了0.3505，两者相差无几，满足实际生产需求。

综上所述，本发明所制备的STMMA模样板材在维持必要的力学性能和粘结性的基础上，进一步降低模具密度，从而今进一步降低单位含碳量，以减少最后碳残留。也同时达到了节约原材料，降低成本并且更加环保的效果。并且能够有效提高铸件的表面光洁率；本发明所制备出的STMMA消失模板材模样分解残留物很少，珠粒均匀，模样一致性好，不易形成缺陷/碳附着少。模样收缩率在0.1～0.2%。并且采用本发明所制备的STMMA消失模所制备的铸件铸件的成品率大于93%；从而铸件的综合生产成本得到更进一步的降低。从图8-17可见，通过对球墨铸铁件进行机加工，对铸铁件表面的渣孔部位进行标记和跟踪，发现随着加工深度的增加，渣孔逐层减少，大多数部位5mm左右无渣孔，少数厚壁处8~9mm左右无渣孔，而现有技术中针对球墨铸铁消失模模样制备出的球墨铸铁件，其在加工深度为16~17mm时仍有渣孔碳黑残渣的存在；同时，采用本专利申请所制备出的铸件于加工深度底面的残渣缺陷在分布局域和严重程度上都大幅度减少，采用本发明所制备的消失模所加工制作而成的成品的合格率获得了极大程度的提高。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）珠粒的选择：选择粒径介于0.7mm～0.90mm之间较大尺寸的STMMA作为模样原始珠粒；

（2）预发泡：向间歇式预发泡机中加入上述STMMA珠粒进行预发泡，发料炉压力为0.013-0.018Mpa；主蒸汽压力为0.66-0.72Mpa，蒸汽调节压力为0.030-0.040Mpa，蒸汽经储气罐进入预发泡机内，以加速蒸汽预发泡时间，经预发泡室搅拌器连续搅拌，使待发泡的STMMA原始珠粒处于液态或粘度达到塑性状态方可发泡，预发泡时间为每28kg的STMMA珠粒需预发泡150～165s；

（3）干燥熟化：将预发泡后的STMMA珠粒放在常温下进行熟化，熟化时间为45-50h，通过自然熟化使空气渗透到STMMA珠粒内部以平衡其内外压力并使得STMMA珠粒稳定；

（4）模压成型：在压模闭合过程先关闭进气阀门，开启出气口，将加料阀打开，将经干燥熟化后的STMMA珠粒通过鼓风机送进成型机中，待模腔中充满STMMA预发珠粒后合模，然后向型腔通入0.010-0.020Mpa的压力的蒸汽，将模具预热到100-110℃之间，赶走粒料间的空气和残留的冷凝水，之后预压真空，预真空压力为-0.25～-0.30Mpa，关闭出气口，同时向模壁内冷却水管道充水，加热蒸汽迅速冷凝，模腔压力迅速下降，使模腔中加热软化的STMMA弹性粒料迅速膨胀充满模腔，为使熟化的STMMA预发珠粒不断成型进行蒸汽加热，其包括三次水蒸汽加热，分别为穿透Ⅰ、穿透Ⅱ和穿透Ⅲ，穿透Ⅰ的压力及时间为0.15-0.20Mpa，19-20s；穿透Ⅱ的压力及时间为0.20-0.25Mpa，9-10s；穿透Ⅲ的压力及时间为0.50-0.55Mpa，7-8s；

（5）冷却：对模压成型后的STMMA模样进行冷却，先进行风冷，风冷时间为80-99秒直至模样温度降至74～79℃之间时，开始进行真空冷却，直至模样的膨胀力达到90KPa时停止真空冷却，真空冷却时间介于1400-1900s之间；

（6）脱模：将模腔压力降至0 Mpa，开模，由压缩气和顶杆顶出模样板材；

（7）板材干燥：将脱模后的STMMA模样板材送进烘房里进行烘干，烘干时间为12h，烘房温度介于45-50℃之间，烘干结束后移出烘干房至库房，进行户外风干即可制得所要制备的STMMA消失模模样，所制得的大尺寸消失模模样尺寸为长度介于2000mm-10000mm之间，宽度不小于1200mm，厚度不小于200mm。

2.根据权利要求1所述的一一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述间歇式预发泡机为SPJ1500全自动间歇式加压定量预发泡机。

3.根据权利要求1所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（2）预发泡过程及步骤（4）模压成型过程中所通入水蒸汽温度均大于105℃。

4.根据权利要求3所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（2）预发泡过程及步骤（4）模压成型过程中所通入水蒸汽温度均介于105～110℃之间。

5.根据权利要求1所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（3）干燥熟化时间为48h。

6.根据权利要求1所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（4）模压成型中所述穿透Ⅰ是对板材的后模进行加热，穿透Ⅱ是对板材的前模进行加热，穿透Ⅲ是对板材的上、下、左和右方向进行加热。

7.根据权利要求1所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（4）模压成型阶段中在进行穿透Ⅲ的加热后还需进行主加热，所述主加热是给板材的全部面进行加热，所述主加热的压力及时间为0.8Mpa，2s。

8.根据权利要求1或7所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（4）模压成型阶段中在进行穿透Ⅲ或主加热后还进行10-15s的保温处理。

9.根据权利要求1所述的一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法，其特征在于，步骤（5）冷却过程中风冷时间为90s，真空冷却时间为1400s。

10.一种STMMA大尺寸实型铸造板材消失模，其特征在于，所述STMMA大尺寸实型铸造板材消失模是由上述权利要求1-9任一项所述的STMMA大尺寸实型铸造板材消失模的制备方法所制得。